Thermodynamic analysis of processes in Hydrogen fuel cells.
Termodynamická analýza procesů ve vodíkových palivových článcích.
dizertační práce (OBHÁJENO)
Zobrazit/ otevřít
Trvalý odkaz
http://hdl.handle.net/20.500.11956/64637Identifikátory
SIS: 122850
Kolekce
- Kvalifikační práce [11196]
Autor
Vedoucí práce
Konzultant práce
Klika, Václav
Oponent práce
Grmela, Miroslav
Sciacovelli, Adriano
Fakulta / součást
Matematicko-fyzikální fakulta
Obor
Matematické a počítačové modelování
Katedra / ústav / klinika
Matematický ústav UK
Datum obhajoby
24. 6. 2015
Nakladatel
Univerzita Karlova, Matematicko-fyzikální fakultaJazyk
Angličtina
Známka
Prospěl/a
Klíčová slova (česky)
GENERIC, nerovnovážná termodynamika, exergie, palivové články, optimalizaceKlíčová slova (anglicky)
GENERIC, non-equilibrium thermodynamics, exergy, fuel cells, optimizationTato práce se zabývá nerovnovážnou termodynamikou, která slouží k odvození evolučních rovnic makroskopických a mezoskopických systémů. Je například ukázán vztah mezi teorií GENERIC (General Equation for the Nonequilibrium Reversible-Irreversible Coupling) a (ne)vratností a Onsager-Casimirovy relace reciprocity jsou pak z této teorie odvozeny. Následně jsou v rámci nerovnovážné termodynamiky odvozeny modely palivových článků a příbuzných zařízení a teoretické předpovědi jsou porovnány s výsledky experimentů. V práci je také odvozeno zobecnění analýzy exergie, které přináší novou metodu pro odhalování mapy ztrát užitečné práce v zařízeních produkujících elektřinu. Tato metoda vyžaduje, aby bylo zařízení popsáno nerovnovážně termodynamickým modelem, a obecná teorie nerovnovážné termodynamiky se tak stává nedílnou součástí popisu a optimalizace zařízení produkujících energii.
Non-equilibrium thermodynamics, which serves as a framework for formulating evolution equations of macroscopic and mesoscopic systems, is briefly reviewed and further developed in this work. For example, the relation between the General Equation for the Nonequilibrium Reversible- Irreversible Coupling (GENERIC) and (ir)reversibility is elucidated, and Onsager-Casimir reciprocal relations are shown to be an implication of GENERIC. Non-equilibrium thermodynamics is then applied to describe fuel cells and related devices, and theoretical conclusions are compared to experimental data. Moreover, a generalization of standard exergy analysis is developed bringing a new method for revealing a map of useful work losses in electricity producing devices. This method requires a non-equilibrium thermodynamic model, and so the general theory of non- equilibrium thermodynamics and optimization of real power generating devices stand side by side.